食品安全檢測(cè)紅外光譜技術(shù)應(yīng)用

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隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，化學(xué)計(jì)量學(xué)得到了快速推廣，由于紅外光譜檢測(cè)會(huì)得到相應(yīng)的曲線且比較復(fù)雜，而化學(xué)計(jì)量學(xué)能夠從中得到有用數(shù)據(jù)，這對(duì)于紅外光譜技術(shù)的發(fā)展以及運(yùn)用產(chǎn)生了非常大的作用，在食品檢測(cè)方面的效果尤為顯著。本文介紹了紅外光譜技術(shù)的主要原理及其在食品檢測(cè)方面的具體應(yīng)用，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供理論參考。

一、紅外光譜技術(shù)的主要原理

紅外光譜技術(shù)是一種分子吸收光譜，主要基于光的相關(guān)特性實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能，如散射、發(fā)射及吸收等。當(dāng)食品樣品受到紅外光照射時(shí)，食品分子會(huì)對(duì)一定頻率的光進(jìn)行吸收，這一過(guò)程中存在的振動(dòng)使偶極矩發(fā)生變化，進(jìn)而促使原子發(fā)生躍遷，即從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，期間便會(huì)產(chǎn)生分子吸收光譜，也就是所謂的紅外光譜。從波長(zhǎng)角度來(lái)看，紅外光譜包括3種類型，即近紅外光譜、中紅外光譜和遠(yuǎn)紅外光譜，其波數(shù)分別為13334－4000cm-1、4000－400cm-1、400－10cm-1，波長(zhǎng)分別為0.75－2.5μm、2.5－25μm、25－1000μm。其中，中紅外光譜的理論研究和實(shí)際應(yīng)用最為成熟和廣泛，通常所說(shuō)的紅外吸收光譜就是指中紅外光譜，該紅外區(qū)的測(cè)定儀器有紅外分光光度計(jì)、非分散紅外光度計(jì)和傅立葉變換紅外光譜儀等。物質(zhì)吸收紅外光需要具備一定的條件，即輻射應(yīng)具有剛好能滿足物質(zhì)震動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)所需的能量，物質(zhì)與輻射之間具有偶合作用。當(dāng)一定頻率的紅外光照射分子時(shí)，如果分子中某個(gè)基團(tuán)的震動(dòng)頻率與其一致，且分子在震動(dòng)中伴隨著偶極矩變化，這時(shí)物質(zhì)的分子就會(huì)產(chǎn)生紅外吸收。因此，在中紅外光譜檢測(cè)的過(guò)程中，基團(tuán)的震動(dòng)頻率和偶極矩的變化是兩個(gè)必備條件，還需要考慮到待測(cè)物質(zhì)的譜圖和分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。對(duì)于近紅外光譜而言，當(dāng)一定頻率的紅外光譜照射分子時(shí)，其中含氫基團(tuán)在吸收到光能之后產(chǎn)生較高能量，從而使得分子能級(jí)發(fā)生躍遷，并產(chǎn)生譜圖。在這一過(guò)程中，由于物質(zhì)中包括不同的光譜，且譜帶重疊比較嚴(yán)重，連續(xù)性相對(duì)較差，因而譜圖的提取和分析往往存在一定的困難。為解決這一問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，最終通過(guò)計(jì)算機(jī)、化學(xué)計(jì)量等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)有效信息的提取和分析，構(gòu)建近紅外光譜、樣品特征之間的關(guān)系，由此促進(jìn)了近紅外光譜的有效發(fā)展。目前，在生物、食品及環(huán)境檢測(cè)方面，運(yùn)用比較成熟和廣泛的技術(shù)主要是近紅外光譜技術(shù)和中紅外光譜技術(shù)，并對(duì)食品檢測(cè)產(chǎn)生了非常深遠(yuǎn)的影響，在食品檢測(cè)方面具有較大的發(fā)展空間。

二、紅外光譜技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

1.定性鑒別。紅外光譜技術(shù)對(duì)食品做定性鑒別時(shí)主要結(jié)合FTIR（傅里葉變換紅外光譜儀）進(jìn)行，通常以食用菌作為檢測(cè)對(duì)象，如黑木耳、黑牛肝菌以及銀耳，通過(guò)檢測(cè)得到不同的紅外光譜圖，結(jié)果表明，黑木耳、銀耳具有比較高的相似度，但從譜峰角度來(lái)看，它們同黑牛肝菌存在顯著差異。由于黑木耳和銀耳的光譜圖比較相似，為了將兩者進(jìn)行區(qū)分，主要通過(guò)對(duì)其吸收強(qiáng)度的不同來(lái)判斷。眾所周知，普通山藥和道地山藥之間的差別非常小，在利用紅外光譜進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，主要采用二線線性投影圖，結(jié)果更為直觀，在區(qū)分聚類物質(zhì)中的效果比較理想。

2.純化物和混合物檢測(cè)。紅外光譜比較顯著的特點(diǎn)就是指紋，這使得該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分含量及變化的檢測(cè)，從而更加準(zhǔn)確地檢測(cè)混合物、純化物結(jié)構(gòu)、成分含量和變化。紅外光譜技術(shù)在檢測(cè)純化物時(shí)，能準(zhǔn)確檢測(cè)到其差異性，且更加直觀地區(qū)分、辨別紅外光的變化，這一過(guò)程中主要采用直接觀察的方法。利用紅外光譜技術(shù)檢測(cè)混合物時(shí)，不能單獨(dú)采取直接觀察的方法，還要結(jié)合別的技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榛旌衔锏某煞趾徒Y(jié)構(gòu)都相對(duì)復(fù)雜，如果僅采用直接觀察法來(lái)分析就無(wú)法得出準(zhǔn)確的結(jié)果。

3.定量檢測(cè)。隨著食品樣品檢測(cè)需求的不斷增加，定性鑒別對(duì)于一些品類食品樣本的檢測(cè)就顯得比較困難，因此，定量鑒別的方法也得到發(fā)展，且較為廣泛地應(yīng)用于食品樣品檢測(cè)中。目前，定量檢測(cè)主要集中于油脂食品品質(zhì)解析，但是為了準(zhǔn)確檢測(cè)油脂脂肪酸不飽和度，需要對(duì)其碘值和酸值進(jìn)行分析，因此，利用紅外光譜技術(shù)進(jìn)行食品樣品的定性檢測(cè)時(shí)，要充分考慮到樣品品質(zhì)，而且通常需要借助一些常規(guī)方法對(duì)油脂中飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸具體含量進(jìn)行測(cè)量和分析。定量檢測(cè)從檢測(cè)時(shí)間來(lái)看，并非固定的時(shí)間，會(huì)因樣品的不同而出現(xiàn)檢測(cè)時(shí)間不同的狀況，而且必須投入一定的財(cái)力、物力和人力。通常而言，采用紅外光譜技術(shù)進(jìn)行食品樣品定量檢測(cè)時(shí)，為確保檢測(cè)速度，需要借助紅外光譜技術(shù)構(gòu)建校正模型和化學(xué)計(jì)量學(xué)，這兩種技術(shù)的融合使用不僅能有效減少檢測(cè)成本和時(shí)間，還在很大程度上影響到檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

三、總結(jié)與展望

紅外光譜技術(shù)在食品檢測(cè)方面效果顯著，但是僅通過(guò)單一的紅外光譜技術(shù)不能滿足實(shí)際檢測(cè)需求，必須結(jié)合其他方法。隨著紅外光譜技術(shù)的不斷發(fā)展，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)需求形成了現(xiàn)代紅外光譜分析技術(shù)，并綜合了諸多有效方法，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)等。從目前來(lái)看就，紅外光譜技術(shù)必將朝著分析方向發(fā)展，也必將成為新型技術(shù)，在食品檢測(cè)方面的應(yīng)用也將進(jìn)一步擴(kuò)大。紅外光譜技術(shù)雖然具有快捷、方便、無(wú)污染等特點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍然存在一些問(wèn)題，不論是模型算法、光譜預(yù)處理方法，還是儀器性能等方面，都需要進(jìn)一步改進(jìn)和提升。

作者：范小青 單位：龍游縣檢驗(yàn)檢測(cè)研究院